计算机系统的设计规则,性能评测

控制流程的三种实现方式:

全硬件,软硬结合,全软件 1:逻辑上是等价的 2:硬件实现“速度快,成本高,灵活性差,占用内存少 3:软件实现,速度慢,复制费用低,灵活性好,占用内存多,容易设计,可改性强, 适应性强,设计周期短

理论上,由两种极端实现方法 1:全硬件机器:操作系统,高级语言,应用等 2:硬件只有1位加法和分支操作,其他都用软件

软硬件实现的优缺点

软硬件取舍的基本原则:

很高的性能价格比

计算机性能评测: 计算机性能是指计算机的工作速度,是程序执行时间的倒数

计算机的性能不仅仅与计算机系统结构有关,而且与算法,程序有关。

性能评价的优点: 1:改进计算机结构设计,提高计算机性能 2:促进软硬件结合,合理划分功能 3:优化”结构-算法-应用“,实现最佳组合 4:了解各类计算机适宜的应用领域,提高使用效率

性能评测的分级: 1:机器级性能评测 CPU,存储器的基本性能指标,并行计算机的计算与通信开销,机器的成本,性能价格比等 2:算法级性能评测 并行算法的可扩放性 3:程序级性能测试 基准测试程序

计算机系统的性能评价 1:时钟频率 2:指令执行速度 3:平均速度 4:核心程序法 5:峰值速度

一:时钟频率 时钟频率(处理机主频)只能用于同一类型,同一配置的处理机相对比较。

实际运算速度还与cache,内存,IO,被执行的程序等有关

二:指令执行速度 一种经典的表示运算速度的方法MIPS(million instrcutions per seconds),GIPS,TIPS

使用该方法有一些缺点: 1:不同指令的执行速度差别很大 2:指令使用频度差别很大 3:有相当多的非功能性指令

计算机系统的评测: 1:性能指标体现在时间和空间 2:峰值性能:在理想情况下计算机系统可获得的最高理论性能值,他不能反应出系统的实际性能。 3:实际性能(持续性能):只是峰值性能的5%-30%

CPU性能公式:

CPU的性能取决于三个要素: 1:时钟频率f(或时钟周期t) 2:每条指令所花的时钟周期数CPI 3:指令条数IC

一个程序所花的CPU时间(T)可以用两种方式来表示: CPU时间(T)=CPU时钟周期数(CPIxIC)*时钟周期长

核心程序法

定点测试程序和浮点测试程序

评测方法: 1:采用实际的应用程序的测试 2:采用核心程序测试 3:合成测试程序 4:综合基准测试程序

计算机系统的定量设计原理 1:哈夫曼压缩原理 2:Amdahl定律 3:程序访问的局部性规律

哈夫曼压缩原理: 尽可能加速高概率时间远比加速处理概率很低的事件对性能提高要显著 只加速使用频率很高的部件,这是计算机设计中最重要也最广泛采用的设计准则。使经常性 事件的处理速度加快能明显提高整个系统的性能。

Amdahl定律: 系统对某一部件采用某种更快执行方式所能获得的系统性能改进程序,取决于这种执行方式 被使用的频率,或所占执行时间的比例。

程序访问的局部性规律 局部性分为时间上的局部性和空间上的局部性。 1:时间局部性:程序中近期被访问的信息项很可能马上将被再次访问 2:空间局部性:指那些在访问地址上相临近的信息项很可能会被一起访问

存储器体系的构成就是以访问的局部性原理为基础的。

软件的可移植性是指软件不用修改或只需少量加工就可由一台机器搬到另外一台机器上运行。

向上(下)兼容:指按照某一档机器编制的软件,不加修改就能运行于比他高(低)档的机器上向前(后)兼容:在按某一时期投入到市场的该型号机器上编制的软件,不加修改就能运行与在他之前(之后)投入市场的机器上。

面向目标代码的编译: 一种机器的目标代码重新编译成另一种机器的目标代码。

两种方法: 1:动态代码编译 2:静态重编译

采用统一高级语言,模拟,仿真,虚拟计算机和面向目标代码的编译都是提高程序兼容性的方法, 现在我们比较这五种方法:

方法一:采用统一高级语言是努力的目标,但是不能解决已有目标代码的兼容。 方法二:目前最有效的方法,但是限制了计算机系统结构的发展 方法三:仿真的速度低,芯片设计负担重 方法四:采用虚拟计算机比方法三稍好,但是依然不能完全解决已有目标代码的兼容问题。 方法五:目标代码的静态重编译是最有效的方法,但是实现难度大

微处理器发展的途径 1:指令级并行 2:显式并行计算 3:线程级并行 4:单片多处理器

并行性的概念: 只要在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作,他们在时间上能互相重叠。

同时性:两个或多个事件在同一时刻发生 并发性:两个或多个事件在同一时间间隔内发生

并行性开发的途径 1:时间重叠 在并行性概念中引入时间因素,让多个处理过程在时间上相互错开,轮流重叠的使用同一套硬件设备的各个部分,以加快硬件周转而赢得速度。

2:资源重复 在并行性概念上引入空间因素,通过重复设置硬件资源来提高可靠性和性能。

3:资源共享 是利用软件的方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一资源,以提高其利用率,这样也可以提高整个系统的性能

并行处理计算机的结构: 1:流水线计算机(时间重叠) 2:阵列计算机(资源重复) 3:多处理机系统(资源共享) 4:数据流计算机

我想有一天和你去旅行。去那没有去过的地方,

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